[發明專利]一種制備高導電率無氧銅的方法及化料裝置

有效

• 申請號: 201210500173.0
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102994786A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 張海濤;張海霞;車永軍
• 申請（專利權）人: 錦州新世紀石英（集團）有限公司
• 主分類號: C22C1/02
• 分類號: C22C1/02;C22C9/00;F27D27/00
• 代理公司: 錦州遼西專利事務所 21225
• 代理人: 李輝

技術領域

本發明涉及一種制備高導電率無氧銅的方法及化料裝置。

背景技術

無氧銅是一種導電率高、耐蝕性、耐低溫、加工和焊接性能好的金屬材料，廣泛應用于濺射靶材、高端音響線和高端微電子器件連接線。國標TU0無氧銅和美標C10100無氧銅都是高級別的銅材，電導率為IACS?101%，剩余電阻率為200。在超級導體電纜、粒子加速器元器件等高端導線應用上，更高電導率的無氧銅成為主要研究方向，目前無氧銅電導率可達IACS?102%。

銅電導率的提高與降低銅材內的氧氣含量、金屬雜質含量以及改善晶體結構有關，其中，對電導率影響最大的是氧氣和鐵雜質的含量。銅中鐵雜質可以通過電解來降低，然而，電解的過程易把氧氣帶入沉積的銅粉內；同時，氧氣在銅液的溶解度也很高，在熔化銅的過程中氧氣也很容易進入銅液中，導致鑄錠的銅材的含氧量很高，一般可達幾百的ppm，使電導率在IACS?100%以下。

目前，無氧銅脫氧提純方法主要是通過加入金屬雜質（錳或磷）來減少活性氧含量，或在真空加熱條件下將銅液內的氧氣和雜質揮發掉。

US6192969公開了一種鑄錠高純無氧銅的方法及裝置，將原料電解銅放入帶有溫控的高純石墨坩堝內，在還原條件下定向結晶成形；還原條件避免氧氣進入銅液，并定向結晶使氧氣偏析出來，實現無氧銅的制備。氧在銅中的分凝系數為0.023，原料電解銅的最佳指標含氧量是200ppm,?即采用最佳指標的電解銅生產的無氧銅含氧量理論值為4.6ppm，與國標TU0含氧量標準要求<5ppm指標接近。該方法原料選擇條件苛刻，原料成本高，并且產品質量很難保證。

US4059437公開了一種無氧銅材的制造方法，在生產無氧銅的過程中，加入了1~50ppm的錳，得到電導率為IACS?101%無氧銅。但該方法生產的無氧銅電導率仍無法滿足高端導線應用的要求。

CN101199988A公開了一種制備高純銅鑄錠的方法，將99.999%高純電解銅放入高純石墨坩堝內，通過高頻感應加熱熔化至1350℃～1370℃，并在5×10^-2Pa的真空環境下，保溫20min，使氣體和揮發性雜質充分揮發出來，得超高純銅鑄錠。該方法采用了真空加熱方式脫除氧氣和雜質，但是加熱揮發的時間受限（太長的揮發時間，會導致大量的銅被揮發掉），限制了真空脫氧和除雜的能力，并且使用的電解銅原料對純度要求高，生產成本高。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種制備高導電率無氧銅的方法及化料裝置，該方法對原料使用無嚴格要求，生產成本低，制得的無氧銅電導率可滿足高端導線的要求。

本發明的技術解決方案是：

一種制備高導電率無氧銅的方法，其具體步驟是：

1、清洗原料

選用純度＞99.95%的高純電解銅塊為原料，所述電解銅塊的鐵含量＜2ppm，將原料清洗干凈后，烘干；

2、裝料

將烘干后的銅塊裝入由真空熔煉爐、化料裝置和拉錠裝置構成的真空熔煉爐內，所述化料裝置由石墨坩堝和環繞在石墨坩堝周圍的加熱器組成，使銅塊位于化料裝置的石墨坩堝內，所述石墨坩堝材質為灰分＜50ppm的高純石墨；

3、熔化原料

石墨坩堝內裝好銅塊后，抽真空，啟動真空熔煉爐的加熱器，在1200℃～1350℃下使銅塊熔化成銅液；

4、攪拌

銅塊熔化后，啟動懸置在石墨坩堝內的石墨攪拌器，使其在石墨坩堝內上下往復運動攪拌0.5h～1h，所述石墨攪拌器材質為灰分＜50ppm的高純石墨，得液態無氧銅；

5、拉錠

將液態無氧銅澆注在拉錠裝置內，進行結晶和拉錠，得無氧銅錠。

攪拌時，石墨攪拌器以20mm/min～60?mm/min的速度下降進入銅液，到達石墨坩堝底部后，以與下降速度等速回升至液面。

熔化原料時，在銅塊熔化前，將銅塊在高真空條件下加熱到900℃～1000℃，保溫2h～5h，以揮發掉氣體和輕元素雜質。

[0012]?一種制備高導電率無氧銅的化料裝置，包括真空熔煉爐爐體，設在真空熔煉爐爐體中的主加熱器，所述真空熔煉爐爐體的容腔內設有石墨坩堝，所述石墨坩堝底部設有一個排液口，所述排液口上設有排液控制閥，其特征是，所述石墨坩堝內懸置有可升降的石墨攪拌器。

?[0013]?在真空熔煉爐爐體內位于石墨坩堝的上方設有升降機構，所述的石墨攪拌器與升降機構相連。

所述石墨攪拌器是由篩板、設在篩板中心位置的升降桿組成。